韓長儀 陳 魁

(中冶京誠工程技術有限公司 北京100176)

1 前言

近年來，噴淋淬火裝置作為一種快速冷卻鑄坯表面的工藝處理設備廣泛應用于冶金行業(yè)連鑄機生產線中。其布置于拉矯機后一次切割工序前，對鑄坯表面進行噴水，溫度快速下降，可以使鑄坯表面粒晶化、組織致密化，并減少鋼相變及再結晶過程中Al-N化物的析出，可以補償鑄坯坯殼熱應力，從而提高鑄坯的強度和韌性。

圖1 固定式淬火裝置

常規(guī)連鑄生產線中的淬火裝置也稱淬火箱多為固定式，即固定安裝于輥道上，如圖1所示，該裝置具有結構簡單、造價成本低的優(yōu)點，但無需淬火時仍長時間處于高溫環(huán)境下，故易損壞故障，使用壽命降低，噴嘴等更換困難，維修工作量大。

針對常規(guī)淬火裝置的問題，本文介紹了一種活動式在線表面淬火裝置，不使用時可以移動至生產線外，具有結實耐用、更換簡單和維修量小等優(yōu)點。本文僅對該裝置的具體機械結構進行詳細介紹，可為同類設計和研究提供一定程度的思路和參考［1-3］。

2 主要設備參數(shù)

主要設備參數(shù)如下:

澆鑄半徑:16.5m

流數(shù):3流

斷面:370×300、500×400、φ600mm

行走速度:2～11m/min

最大行走行程:9m

齒輪模數(shù):4，齒數(shù):23

齒條齒數(shù):715

行走減速電機功率:2.2kWVVVF

提升速度:0.5m/min

最大提升行程:650mm

提升減速電機功率:2.2kW

渦輪絲桿升降機最大提升力:100kN

液壓缸:φ80×φ45/180mm

工作壓力:16MPa

3 結構設計

淬火裝置設置于拉矯機后的切割前輥道上，主要包括活動小車行走、噴淋裝置升降、噴淋架擺動3套動作機構［4］。

3.1 結構組成

如圖2所示，淬火裝置主要包括以下部件:主框架、活動小車、噴淋裝置和蒸汽收集罩。

圖2 淬火裝置正視圖

3.2 主框架設計

主框架主要包括導軌、齒條、立柱、橫梁和蒸汽收集罩支架。立柱固定于連鑄機旁地坪和輥道梁上，橫梁和收集罩支架用于固定收集罩和拖鏈等零部件，支撐整個淬火裝置，見圖3。2根導軌吊掛于各個橫梁下，用于支撐導向活動小車移動。2個齒條分別固定于導軌下側，采用齒條固定齒輪轉動帶動活動小車移動的驅動方式。

圖3主框架三維圖

3.3 活動小車設計

活動小車整體上設計分為前后兩個部分，可實現(xiàn)行走和升降兩個功能。如圖4，前后車架由鋼板和型鋼拼焊而成，中間用銷軸連接，8個采用復合滾輪軸承的導輪分別固定布置在車架兩側。后車架四角處以垂直成對的布置形式共設計有8塊自潤滑的滑板用于導向噴淋裝置。

行走驅動機構如圖5所示，倒掛安裝于前車架下方，主要包括變頻減速電機、聯(lián)軸器、驅動軸、軸承座、齒輪和拖鏈等零部件。減速電機雙輸出旋轉驅動左右兩個齒輪在固定的齒條上移動，采用變頻控制其行走速度，距離工作位遠時高速行走，接近工作位時低速運行，縮短工作周期并保證活動小車停位的準確性。提升減速電機倒掛安裝于前車架下方，通過連接軸將2臺固定于車架上的渦輪絲桿升降機串聯(lián)實現(xiàn)機械同步帶動噴淋裝置上下移動，其中噴淋裝置通過活動螺母與升降機的絲桿相連。整個活動小車上的電纜、信號線、液壓軟管和水用金屬軟管等通過拖鏈實現(xiàn)活動連接。

圖4 活動小車三維圖

圖5 行走驅動機構

3.4 噴淋裝置設計

噴淋裝置主要包括集水架、導板、液壓缸、連桿機構、淬火箱、同步軸、軸承座和旋轉接頭等零部件。導板采用自潤滑材料，與后車架上的滑板緊貼起到噴淋裝置升降時導向的作用。同步軸與連桿機構相連接，連桿機構動作時通過同步軸帶動三流淬火箱中的所有擺動噴淋架一起擺動。由于噴淋裝置位于鑄坯上方，環(huán)境溫度較高，為防止旋轉副卡死，同步軸設計為空心結構，通過旋轉接頭與集水架相連進行通水冷卻。

圖6 噴淋裝置三維圖

集水架如圖7所示，由鋼板和鋼管等焊接而成，將主水路分流到各個冷卻點和淬火箱。冷卻水由進水口標號1進入，按數(shù)字順序從標號18流出，閉環(huán)循環(huán)冷卻。噴淋水由進水口進入分到各個淬火箱進行噴淋。

圖7 集水架水路示意圖

該工程項目為3流連鑄機，每流沿鑄流方向設置3個不同的淬火箱，每個淬火箱有獨立的ON/OFF(開/關)控制回路，整體組成3×3布置，如圖8所示。可通過控制流量及調整噴嘴類型規(guī)格來匹配對應不同斷面不同鋼種鑄坯的淬火要求。

不同斷面鑄坯所設計的淬火箱結構不同，其中噴淋架相同，噴淋條和噴嘴不同。如圖9為三種斷面鑄坯對應的淬火箱主視圖。其中固定噴淋架固定不動，擺動噴淋架隨連桿機構繞同步軸擺動。

為方便更換，噴淋條與噴淋架連接處采用快速連接結構，如圖10所示，僅需插入噴淋條然后將卡箍穿上即可實現(xiàn)連接不泄露。

圖8 3×3淬火箱布置

圖9 三種鑄坯對應淬火箱主視圖

圖10 噴淋條快裝結構示意圖

圖11 液壓系統(tǒng)原理圖

連桿機構動力由液壓系統(tǒng)提供，如圖11原理圖所示。該部分系統(tǒng)與其它設備共用連鑄機液壓站驅動液壓缸伸縮動作，配有一個液控單向閥鎖定液壓缸位置。

見圖12的示意圖，液壓缸驅動多連桿機構通過同步軸同時帶動所有擺動噴淋架擺動，將鑄坯下側的噴淋條旋轉至側面，以便有空間將整個噴淋裝置提升后移動。

圖12 連桿機構示意圖

3.4 蒸汽收集罩設計

蒸汽收集罩由鋼板和型鋼拼焊而成，靠重力安裝落于輥道上方支架上，四周設計擋塊限制其周向移動，無螺栓等固定連接，當需要維修下方輥道時，可以整體吊離。收集罩圓管一端固定于主框架橫梁上，與通風系統(tǒng)相連，當噴淋裝置運行時將大量的蒸汽煙塵抽出排放。

圖13 蒸汽收集罩三維圖

4 工作流程

初始狀態(tài)淬火裝置位于等待/維修位。待接到淬火處理指令時，首先液壓缸活塞桿伸出帶動連桿機構將噴淋裝置中所有擺動噴淋架擺動至側面，接著提升電機動作驅動升降機提起噴淋裝置至高位，行走電機運轉驅動活動小車行走至工作位，然后升降機反向動作放下噴淋裝置到指定工作高度，液壓缸縮回驅使擺動噴淋架擺至鑄坯的正下方，接通水路開始進行設備冷卻和噴淋淬火處理，通風系統(tǒng)啟動抽出排放掉蒸汽煙塵。淬火結束后依上述步驟反方向操作至等待/維修位。通過限位開關和編碼器等檢測措施可實現(xiàn)全程自動控制。

5 結語

本活動式在線表面淬火裝置布局合理、結構緊湊，可升降和移動，不但解決了傳統(tǒng)固定式淬火箱長時間處于高溫環(huán)境下易損壞難維護的問題，相對延長了噴淋裝置的壽命，還可離線對設備進行檢修維護、離線更換不同斷面對應的噴淋條和噴嘴，作業(yè)環(huán)境和空間有所改善。即使連鑄機發(fā)生故障輥道上停有鑄坯時，淬火裝置也可以移出離線，不影響手動切割鑄坯和維修連鑄機。

［1］徐向紅，楊立坤，祖家樂.無縫鋼管水淬火設備的設計及應用［J］.冶金設備，2010(2):50-53.

［2］劉國勇，張少軍，朱冬梅等.中厚板控冷及淬火冷卻形式選用分析［J］.鋼鐵研究學報，2008(11):59-62.

［3］蔡暢，戚文軍，周楠等.鋁型材的在線淬火設備［J］.冶金設備，2010(3):213-216.

［4］中國重型機械工業(yè)協(xié)會主編.重型機械標準［S］.昆明:云南科技出版社，2007.